数值天气预报

数值天气预报
总学时：128学时（其中自学96，面授24，实习8）
教材版本：《数值天气预报教程》田永祥等编著气象出版社出版
课程的目的和要求：目的：通过本课程的学习，使学生系统理解数值天气预报的基本原理和方法，掌握制作数值天气预报的方法和技能，并具备设计简单数值模式的能力。

要求：理解支配大气运动的基本物理规律的具体表现形式---大气运动的基本方程组；掌握求解大气运动基本方程组的数值计算方法的基本原理；初步具备设计数值模式的能力。

在教学过程中，进行一次上机实习，加深学生对所学知识的理解，培养学生的实际动手能力，确实掌握用简单的数值预报模式制作天气预报的主要方法和思想。

课程的主要内容、重点和难点：
第一章大气运动的主要方程组
通过本章的学习使学生掌握大气运动的基本方程组，了解有关坐标变换的知识。

本章重点、难点：大气运动的基本方程组（重点）；坐标变换（难点）。

主要内容：1 旋转坐标系中的大气运动基本方程组?
2 局地直角坐标系中的大气运动基本方程组?
3 P坐标系中的基本方程组?
4 大气运动基本方程组的简化?
5 涡度方程及散度方程及其简化?
第一章地图投影坐标系中的大气运动基本方程组
通过本章的学习使学生掌握地图投影的概念、计算方法和地图投影直角坐标系下的大气运动方程组。

本章重点、难点：地图投影，地图投影坐标系中的大气运动方程组
主要内容：1 地图投影?
2 普遍的正交曲线坐标系中的基本方程组?
3 普遍的地图投影坐标系中的基本方程组?
第三章数值计算方案
通过本章的学习使学生掌握数值计算方法的基本原理。

本章重点、难点：差分方法和常用差分方程的构造；差分格式的线性稳定性问题；非线性方程的计算不稳定问题。

主要内容：1 差分方法概论?
2 时间积分方法和积分格式?
3。

差分格式的误差分析?
4 非线性方程的计算稳定性?
第四章准地转模式
通过本章的学习使学生掌握数值模式的基本概念，并掌握设计简单数值模式的基本方法和技能。

本章重点、难点：准地转正压模式（重点）；准地转斜压模式（难点）
主要内容：1 准地转正压模式及其积分性质?
2准地转正压模式的数值解法?
3准地转斜压模式的基本方程组?
4 准地转两层模式及其动力学?
5 准地转两层模式的能量转换关系?
附：安排一次准地转正压模式预报实习。

第五章正压原始方程模式
本章重点、难点：正压原始方程模式及其数值解法（重点）；正压原始方程模式的空间差分格式、时间积分格式（难点）
主要内容：1 正压原始方程组及其积分性质?
2 正压原始方程组的线性计算稳定性条件?
3 正压原始方程模式的空间差分格式?
4 正压原始方程模式的时间积分格式?
5 空间平滑和滤波?
6 正压原始方程模式的数值解法?
实习要求：（8学时）：通过准地转正压模式的实习，掌握制造数值天气预报的一般方法和主要步骤；同时提高数值计算、编制程序和实际上机操作的能力；根据准地转正压模式的原理，设计一个准地转正压模式，以1973年4月29日08时东北、华北地区500hPa等压面位势高度场作为初始场（教材P461-465），采用固定的侧边界条件，应用该模式制作未来24小时有限区域500hPa位势高度场的预报，并绘制模式输出结果，对数值预报结果进行分析。

说明：具体计算步骤参加教材P156-157。